Ю. А. Романов - один из ведущих участников разработки первой отечественной водородной бомбы. Академик Харитон так характери- зовал первые годы его работы: “Научная деятельность Ю. А. Романова началась в 1948 г. в аспирантуре И. Е. Тамма после окончания физического факультета МГУ. В период 1949—1954 гг. он являлся одним из основных участников работ, связанных с созданием предложенного А. Д. Сахаровым первого образца термоядерного заряда. Творческий вклад Ю. А. Романова в эти годы в основном связан с разработкой вопросов кинетики ядерных и термоядерных реакций, где он получил ряд важных результатов. К этому периоду относится разработка предложенного им метода расчета нейтронно-кинетических процессов, который был в то время наиболее точным аналитическим методом расчета критических параметров”.
В 1952 г. Ю. А. Романов в Институте атомной энергии защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по методам расчета нейтронных кинетических процессов. В 1953 г. за успешное завершение работ по созданию первого термоядерного заряда получил Сталинскую премию и был награжден орденом Трудового Красного Знамени. В 1954—1955 гг. был одним из ведущих участников разработки принципиально новой конструкции термоядерных зарядов, являющейся серьезным этапом в создании более совершенной техники. За эти и другие работы, проведенные уже в НИИ-1011, Ю. А. Романов в 1956 г. был награжден вторым орденом Трудового Красного Знамени.
В НИИ-1011 Юрий Александрович был переведен в 1955 г. и назначен на должность начальника теоретического отделения. Затем он становится заместителем научного руководителя, а в 1960 г. - первым заместителем научного руководителя института и начальником отделения. Под его руководством и при его участии был решен ряд важных научных вопросов в области ядерной физики. Коллективом института была осуществлена первая самостоятельная опытноконструкторская разработка нового термоядерного заряда. За успешное завершение этой и ряда других работ Ю. А. Романову вместе с другими участниками в 1958 г. была присуждена Ленинская премия, а за работы в области ядерной физики, выполненные в 1955—1957 гг., ему без защиты диссертации присуждается ученая степень доктора физико-математических наук.
Научные интересы Ю. А. Романова распространялись и на изучение различных явлений в космическом пространстве. За комплекс работ, связанных с исследованиями космического пространства и поражающих факторов высотного взрыва, Ю. А. Романову в 1961 г. было присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали “Серп и Молот”.
Большое значение Юрий Александрович придавал росту научных кадров. Он преподавал на вечернем отделении МИФИ-6. Многие его ученики стали ведущими специалистами в области ядерной физики, среди них 15 кандидатов наук, много докторов. В 1962 г. ему было присвоено ученое звание профессора по специальности “теоретическая физика”.
В 1967 г. Ю. А. Романов был назначен заместителем научного руководителя ВНИИЭФ и с 1969 г. одновременно возглавлял отделение физиков-теоретиков. С 1998 г. он заместитель научного руководителя института по ПРО, главный научный сотрудник отделения. По тематике ПРО под его руководством разработан ряд специализированных ядерных зарядов и средств новой техники оборонного значения. Он является автором ряда работ по облучению элементов заряда и военной техники, лично организовывал, руководил и участвовал в отдельных опытах. В 1971 г. Ю. А. Романов был награжден орденом Октябрьской Революции.
Диапазон научных интересов Юрия Александровича достаточно широк. Физик-теоретик, основное время и силы он посвятил теоретическим разработкам ядерных и термоядерных зарядов. Последние 20 лет интересуется вопросами единой теории поля.
В начале 60-х годов под его руководством и при его непосредственном творческом участии впервые были получены уникальные экспериментальные данные по воздействию интенсивных потоков излучения на вещество. В 1963 г. за эту работу сотрудники коллектива, которым руководил Ю. А. Романов, были удостоены Ленинской премии. Этот полигонный эксперимент был первым в серии опытов по исследованию воздействия излучения на военную и гражданскую технику. Так, под руководством Романова в 1973 г. был проведен крупный эксперимент, в котором получены новые результаты по проверке поражающего действия ядерного взрыва, имеющие важное оборонное значение. За эту работу ему была присуждена Государственная премия СССР.
Юрий Александрович Романов добился важных результатов в разработке специализированных зарядов с преобладающим выходом отдельных излучений. Под его руководством во ВНИИЭФ был выполнен широкий цикл научных исследований, позволивший создать боевое оснащение системы ПРО г. Москвы и оснастить ядерным оружием современные зенитно-ракетные комплексы ПВО страны. Работы коллектива ВНИИЭФ по созданию систем ПВО и ПРО были удостоены Государственных премий (1997, 1998), а Ю. А. Романов в 1997 г. был награжден орденом “За заслуги перед Отечеством” III степени.